JP2008221193A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期に渡って該装置を使い続けても紫外線照度が大きく低下することがない紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】紫外線照射装置本体１１の内部にショートアーク形水銀ランプＳＨＬを設置し、紫外線照射装置本体内に、ショートアーク形水銀ランプからの紫外線を所定の方向に出射させる光学系１１ａと、紫外線の出射、出射停止を行う光学シャッター１１ｃと、外気を装置筐体内に吸い込み、所定のダクトから排出して該装置筐体内を冷却する冷却機構１１ｄとを備えた紫外線照射装置において、装置筐体１１ｆ内に、ショートアーク形水銀ランプと光学系と光学シャッターとを覆い、かつ該覆い内を冷却機構１１ｄによる該装置内の空気圧よりも高い空気圧に維持するようにした内側覆い２０を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線照射装置に関する。

近年、紫外線照射装置は高効率という特徴が受けて、半導体露光、紫外線貼り合わせなどに広く応用されている。中でも小型紫外線照射装置は汎用性が広く、その特性を活かして半導体露光だけでなく、周辺露光、デバイス貼り合わせにも利用されている。

このような紫外線照射装置として、特開平７−２３６８２８号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。この従来の紫外線照射装置は、本体ケーシング内にショートアーク形水銀ランプ点灯装置を具備している。すなわち、本体ケーシング内は、光学系、調光機構、光学シャッターを収容し、この収容部品を冷却する冷却機構を外付けしている。

冷却機構は、本体ケーシングの内部を排気して冷却するとともに、紫外線照射装置の内部から塵埃などが外部へ放出されて雰囲気を汚染しないように本体ケーシングの内部を排気してダクトから排出する。

この従来の紫外線照射装置では、上述したように冷却機構によって本体ケーシングの内部を排気してその全体を外気圧に対して負圧とし、外気を本体ケーシング内に取り込み、かつダクトから排気する空気流を形成し、ショートアーク形水銀ランプ点灯装置とその中のショートアーク形水銀ランプを空冷することにより、点灯中のショートアーク形水銀ランプの温度が約７５０℃を超えない仕組みにしている。

ところが、このような従来の紫外線照射装置にあっては、次のような問題点があった。すなわち、本体ケーシング内を排気して負圧とすることで、装置周囲の空気を本体ケーシング内に吸入することになるが、ワークに紫外線を照射したときに発生する気体が装置周囲の空気に混入し、このワーク由来の気体が装置周囲の空気と共に装置内部に吸入され、ショートアーク形水銀ランプ点灯装置の光学部材に付着してしまうことがある。このように光学部材にワーク由来の気体が付着すると、それが遮光膜の役割をし、水銀ランプからの紫外線の透過や反射を阻害するようになり、長期に渡って該装置を使い続けると水銀ランプを新しいものに交換しても紫外線照度が低下する問題点があった。
特開平７−２３６８２８号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、紫外線照射により発生するワーク由来の気体が装置周囲の空気と共に装置内部に吸入され、ショートアーク形水銀ランプ点灯装置の光学部材に付着することが防止でき、この結果として、長期に渡って該装置を使い続けても紫外線照度が大きく低下することがない紫外線照射装置を提供することを目的とする。

本発明は、紫外線照射装置本体の内部にショートアーク形水銀ランプを設置し、前記紫外線照射装置本体内に、前記ショートアーク形水銀ランプからの紫外線を所定の方向に出射させる光学系と、前記紫外線の出射、出射停止を行う光学シャッターと、外気を装置筐体内に吸い込み、所定のダクトから排出して該装置筐体内を冷却する冷却機構とを備えた紫外線照射装置において、前記装置筐体内に、前記ショートアーク形水銀ランプと光学系と光学シャッターとを覆い、かつ該覆い内を前記冷却機構による該装置内の空気圧よりも高い空気圧に維持するようにした内側覆いを設けたことを特徴とするものである。

本発明の紫外線照射装置によれば、紫外線照射により発生するワーク由来の気体が装置周囲の空気と共に装置内部に吸入され、ショートアーク形水銀ランプ点灯装置の光学部材に付着することが防止でき、この結果として、ショートアーク形水銀ランプを交換することで長期に渡って該装置を使い続けても絶対的な紫外線照度の低下が防止でき、長期に渡り初期と同様の照射特性を維持しつつ使用できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

図１、図２に示すように、本実施の形態の紫外線照射装置は、紫外線照射装置本体１１、ショートアーク形水銀ランプ点灯装置１２とを具備している。紫外線照射装置本体１１は、光学系１１ａ、調光機構１１ｂ、光学シャッター１１ｃ、冷却機構１１ｄ、照射口１１ｅ及びケーシング１１ｆを備えている。ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、ケーシング１１ｆの内部上部位置に管軸が垂直に吊り下げられている。なお、管軸の位置を調整して光軸を調整する機構１１ｇが配設されている。

光学系１１ａは、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬから放射した紫外線を下向きに集光し、照射口１１ｅから導出するための光学手段であり、楕円反射鏡１１ａ１、第１のミラー１１ａ２、導光体１１ａ３及び第２のミラー１１ａ４から成る。楕円反射鏡１１ａ１は、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬから放射された紫外線をその反射面で反射させて下向きに集光する。第１のミラー１１ａ２は、集光された紫外線を反射して９０°屈曲させ、水平方向へ進行させる。導光体１１ａ３は、上記の水平方向へ進行した紫外線が調光機構１１ｂ及び光学シャッター１１ｃを通過した後、紫外線をケーシング１１ｆの外部へ導光する。第２のミラー１１ａ４は、導光体１１ａ３の他端から導出された紫外線を反射して下向きに９０°屈曲させる。下向きに屈曲した紫外線は、上述の照射口１１ａ１から導出されて図示しないワークを照射する。

調光機構１１ｂは、照射口１１ｅから導出されてワークを照射する際の紫外線照度を所望に調節する。また、調光機構１１ｂは、開口面積の異なる多数の開口を同心円状に形成した回転円盤からなり、回転円盤を回転させて開口の開口面積を所望のものに選択することで調光を行う。

光学シャッター１１ｃは、調光機構１１ｂを通過した紫外線を通過（開）させ、導光体１１ａ３に入射させたり遮断（閉）して導光体１１ａ３に入射しないようにしたりする。ワークに紫外線を照射する際に開とし、ワークに照射しないときには閉としておく。

冷却機構１１ｄは、空気フローＦＬ１の矢印に示したようにケーシング１１ｆの内部を排気して冷却するとともに、紫外線照射装置の内部から塵埃などが外部へ放出されて雰囲気を汚染しないようにケーシングの内部を排気して図２に示すダクト１３へ排出する。ケーシング１１ｆは、以上の各手段及びショートアーク形水銀ランプ点灯装置１２を内部の所定位置に収納している。

本実施の形態の特徴として、ケーシング１１ｆ内にはさらに、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬ、光学系１１ａのうちのケーシング１１ｆ内に存在している部分、調光機構１１ｂ、光学シャッター１１ｃのほぼ全面を覆う内側覆い２０を備えている。そして、この内側覆い２０の一部をケーシング１１ｆの側面から外部に開口させ、そこに吸気ファン２１が設けてある。また内側覆い２０の上部はケーシング１１ｆの上面から外部に開口させてある。空気フローＦＬ２の矢印に示したように、吸気ファン２１を回転させてケーシング１１ｆの側方から内側覆い２０内に外気を取り込み、この内側覆い２０内の気圧をケーシング１１ｆの内圧よりも高い正圧にし、冷却機構１１ｄによりケーシング１１ｆ内に取り込まれた空気の一部がこの内側覆い２０内に入り込まないようにしている。これにより紫外線照射により発生するワーク由来の気体が装置周囲の空気と共にケーシング１１ｆ内に吸入され、ショートアーク形水銀ランプ点灯装置１２の光学部材に付着するのを防止している。

ショートアーク形水銀ランプ点灯装置１２について、図３〜図５を用いて説明する。図３は回路ブロック図、図４はショートアーク形水銀ランプＳＨＬの正面図、図５はショートアーク形水銀ランプＳＨＬに投入されるランプ電力の波形図である。ショートアーク形水銀ランプ点灯装置１２は、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬ及び点灯回路ＯＣを具備している。

図４に示したように、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは透光性気密容器１、一対の電極２Ｋ，２Ａ、外部リード構体３，４及び放電媒体を備えている。透光性気密容器１は耐火性を有する石英ガラスなどから形成され、例えば包囲部１ａ及び一対の封止部１ｂ，１ｂを備えている。包囲部１ａの内部には放電空間１ｃが形成されている。このショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、点灯されると透光性気密容器１の内部に超高圧水銀蒸気放電が生起して紫外線を発生する。

封止部１ｂは透光性気密容器１を気密に封止するとともに、後述する一対の電極２Ｋ，２Ａを放電空間１ｃ内に封装している。

一対の電極２Ｋ，２Ａは、耐火性で導電性の金属、例えばタングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）又はタングステン−レニウム合金などから成る。そして、直流点灯の場合、陰極２Ｋと陽極２Ａで構成される。また、一対の電極２Ｋ，２Ａは、包囲部１ａの内径より小さい電極間距離となるようにそれぞれ先端が離間対向して配置されている。放電媒体は水銀及び希ガスを主体として構成されている。なお、水銀は、点灯時に蒸発して超高圧水銀蒸気状態を呈する。希ガスは、例えばアルゴンガスからなり、始動ガス及び緩衝ガスとして作用する。

外部リード構体３，４は、一対の電極２Ｋ，２Ａを点灯回路に接続して受電するための手段である。また、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬを紫外線照射装置の内部に装着する際に、取付手段として外部リード構体３，４を利用するために、図示のような口金構造を採用している。外部リード構体３の口金部分３ａから図４において右側へ突出しているボルト部分３ｂを図示しないナットを用いて支持することによって、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬを紫外線照射装置の内部に装着し、同時に点灯回路の出力端の負極側に接続する。他方の外部リード構体４は、口金部分４ａから外部へ延在する可とう性の被覆導体４ｂを備えている。この被覆導体４ｂの先端には、接続端子４ｃが配設されている。さらに、外部リード構体３，４は、それらの一端が封止部１ｂ，１ｂ内に延在させた封着金属箔に溶接されている。

図３に示す点灯回路ＯＣは、投入するランプ電力を間欠的に変動させながらショートアーク形水銀ランプＳＨＬを点灯するための回路手段である。上記間欠動作は、図５に示すように、定電流制御の下で相対的大電力Ｈを供給する第１の期間Ｔ１と、相対的小電力Ｌを供給する第２の期間Ｔ２を交互に繰り返すことにより行われる。第２の期間においては、定電流制御でもよいし、定電力制御回路であってもよい。また、点灯回路ＯＣは、少なくとも第１の期間Ｔ１の間に投入するランプ電力を定電流制御する。このために、点灯回路ＯＣに直流定電流制御回路ＣＣＲを用いて、その出力端間から得られる定電流をショートアーク形水銀ランプＳＨＬに供給する。第２の期間に定電力制御回路を行う場合には、直流定電流制御回路ＣＣＲに加えて定電力制御回路を並列又は直列的に配設し、それらの制御回路を、それぞれの期間ごとに切り換えてショートアーク形水銀ランプＳＨＬに接続するように構成することができる。

直流定電流制御回路ＣＣＲの入力端には、直流電力を供給するために整流回路ＲＣが設けられ、これを用いて交流電源ＡＣから得る交流電圧を整流するようにしている。また、点灯回路ＯＣは、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬに投入するランプ電力を間欠的に変動させるために、制御回路ＣＣを用いて直流定電流制御回路ＣＣＲから出力されるランプ電流をそれぞれの期間に必要な値にするために制御するようにしている。なお、上記間欠的な変動の周期は、紫外線照射の対象により適宜設定できるものとする。例えば、第１及び第２の期間をそれぞれ１０秒程度に設定する。

次に、ショートアーク形水銀ランプ点灯装置１２の動作について説明する。ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、図５の波形図に示したように間欠的に変動するランプ電力が投入されて点灯を継続する。第１の期間Ｔ１に投入される相対的大電力Ｈにおいて、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは紫外線出力が増大する。したがって、第１の期間Ｔ１に発生する紫外線を露光などの目的に供すると、短時間で、しかも高効率の紫外線照射を行うことができる。第２の期間Ｔ２に投入される相対的小電力Ｌにおいて、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは紫外線出力が少なくなるものの、点灯状態を維持する。したがって、第２の期間Ｔ２を次の紫外線照射までの待機期間とすることができる。そうすれば、待機中の消費電力を最小限に止めることができる。

前述のようにショートアーク形水銀ランプＳＨＬは寿命の進展に伴って放電媒体の枯渇、電極２Ｋ，２Ａがスパッタなどによって徐々に消耗して劣化し、また透光性気密容器１の透過率低下などを原因としてその紫外線照度が徐々に低下していく。電極が劣化すると、一対の電極２Ｋ，２Ａの間における電極間距離が徐々に大きくなっていく。その結果、ランプ電圧が上昇する。これに対して、点灯回路ＯＣは、第１の期間Ｔ１において定電流制御を行ってショートアーク形水銀ランプＳＨＬを点灯するので、ランプ電流が一定に維持される。その結果、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬに投入されるランプ電力が寿命の進展に伴って徐々に増大し、この結果として紫外線発光量が増加していき、その分紫外線照度が上昇しようとする。したがって、上記紫外線照度の低下と定電流制御による紫外線照度の上昇とが相殺し合い、結果として寿命の進展に伴う紫外線照度の低下が定電流制御により抑制される。

しかしながら、照度低下は完全に避けられるわけではない。そして、これと共に、上述したように、従来の紫外線照射装置の場合、本体ケーシング内が負圧になっているために、ワーク由来の気体が本体ケーシング内に吸い込まれ、その気体に含まれている微小な粒子群が光学系部材に凝固付着して遮光膜を形成することが避けられず、これによって図６の破線Ａに示したように、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬを定期的に交換したとしても、絶対的な照度低下ΔＬが避けられなかった。ところが、本実施の形態の場合、ケーシング１１ｆ内に上述した内側覆い２０を設け、この内側覆い２０内は吸気ファン２１にて外気を取り込んで正圧に維持するようにしたので、ワーク由来の気体がケーシング１１ｆ内に吸い込まれても内側覆い２０内は入り込まず、ケーシング１１ｆ内面と内側覆い２０との間の空間を通過し、光学系部材には付着させずにダクト１３から外部に排気することができる。この結果、本実施の形態の紫外線照射装置によれば、図６の実線Ｂに示したように、装置全体としての絶対的な照度低下がなく、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬを定期的に交換することで本来のランプ照度を復元でき、長期に渡り安定した紫外線照度が得られる。

本発明の１つの実施の形態の紫外線照射装置の正面断面図。 上記実施の形態の紫外線照射装置の側面断面図。 上記実施の形態におけるショートアーク形水銀ランプ点灯装置の回路図。 上記実施の形態において使用するショートアーク形水銀ランプの正面図。 上記実施の形態において使用するショートアーク形水銀ランプに投入するランプ電力の波形図。 上記実施の形態の紫外線照射装置と従来の紫外線照射装置による紫外線照度の経時変化特性を対照させたグラフ。

符号の説明

１１…紫外線照射装置、１２…ショートアーク形水銀ランプ点灯装置、ＳＨＬ…ショートアーク形水銀ランプ、１１ａ…光学系、１１ｂ…調光機構、１１ｃ…光学シャッター、１１ｄ…冷却機構、１１ｅ…照射口、１１ｆ…ケーシング、２０…内側覆い、２１…吸気ファン。

Claims (1)

1. 紫外線照射装置本体の内部にショートアーク形水銀ランプを設置し、前記紫外線照射装置本体内に、前記ショートアーク形水銀ランプからの紫外線を所定の方向に出射させる光学系と、前記紫外線の出射、出射停止を行う光学シャッターと、外気を装置筐体内に吸い込み、所定のダクトから排出して該装置筐体内を冷却する冷却機構とを備えた紫外線照射装置において、
   前記装置筐体内に、前記ショートアーク形水銀ランプと光学系と光学シャッターとを覆い、かつ該覆い内を前記冷却機構による該装置内の空気圧よりも高い空気圧に維持するようにした内側覆いを設けたことを特徴とする紫外線照射装置。

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